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面向射频集成电路的负电容和负电感元件

科技纵览 2024年第2期 76-77页

作者：秦绪李越清华大学电子工程系

负电容和负电感是一类特殊的电路元件,具有与传统正电容和正电感元件截然不同的阻抗特性,可使电路的阻抗匹配带宽突破传统的共轭匹配极限,实现宽带阻抗匹配。将其应用于射频集成电路,可显著提高系统性能。现有的负电容和负电感元件是通... 详细信息

负电容和负电感是一类特殊的电路元件,具有与传统正电容和正电感元件截然不同的阻抗特性,可使电路的阻抗匹配带宽突破传统的共轭匹配极限,实现宽带阻抗匹配。将其应用于射频集成电路,可显著提高系统性能。现有的负电容和负电感元件是通过多阶晶体管的有源电路实现的,但同时也存在一些问题,比如:引入了晶体管的直流功耗;限制了射频集成电路的高频性能;在有源电路中,晶体管的偏置电路还会增加电路设计的复杂度。这为射频电路系统的进一步集成带来了挑战。

关键词：射频集成电路负电容偏置电路高频性能射频电路宽带阻抗匹配电感元件有源电路

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采用负电容结构的新型CTLE均衡器设计

电光与控制 2022年第4期29卷 68-71,94页

作者：陆德超郑旭强吕方旭王和明陈江吴苗苗刘涛空军工程大学防空反导学院西安710000 中国科学院微电子研究所北京100000

随着数据传输的速率不断提高,信道对数据的损耗愈发严重,采用传统的连续时间线性均衡器(CTLE)对信号的均衡补偿已无法抵消信道对信号的严重衰减。为了更好地补偿衰减,对传统的CTLE均衡器做了进一步的改进,提出了基于负电容的新型CTLE。... 详细信息

随着数据传输的速率不断提高,信道对数据的损耗愈发严重,采用传统的连续时间线性均衡器(CTLE)对信号的均衡补偿已无法抵消信道对信号的严重衰减。为了更好地补偿衰减,对传统的CTLE均衡器做了进一步的改进,提出了基于负电容的新型CTLE。在传统的CTLE基础上,使用两个交叉耦合的MOS管构成负电容,将其叠加在传统一级CTLE的输出端,形成二级结构,可以增加高频增益和实现更大的带宽,以便更好地补偿信道的衰减。仿真结果显示,在25 Gibit/s的数据传输速率下,负电容结构的均衡器具有良好的补偿能力,经过均衡后,眼图的水平张开度达到了0.9个码元间隔(UI)以上,采用负电容结构的新型CTLE,对于提升整体传输数据速率具有重要意义。

关键词：连续时间线性均衡器负电容信道零极点眼图

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基于负电容场效应的WS2光电晶体管性能研究

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基于负电容场效应的WS2光电晶体管性能研究

作者：赵嘉铖华中科技大学

学位级别：硕士

随着集成电路的不断发展,技术不断革新,芯片逐渐朝着小型化的方向发展,但同时也带来了功耗问题。器件的工作电压由于玻尔兹曼极限难以降低,从而导致器件的功耗难以降低。通过在栅介质中引入铁电薄膜,利用铁电材料的负电容效应获得电压... 详细信息

随着集成电路的不断发展,技术不断革新,芯片逐渐朝着小型化的方向发展,但同时也带来了功耗问题。器件的工作电压由于玻尔兹曼极限难以降低,从而导致器件的功耗难以降低。通过在栅介质中引入铁电薄膜,利用铁电材料的负电容效应获得电压放大效果,从而达到了突破玻尔兹曼极限的目的,降低了器件功耗,负电容场效应晶体管的概念为新一代器件提供了解决方向。同时,二维材料WS由于其较高的理论迁移率,良好的开关特性,同时还被预测有良好的光学特性而被用作沟道材料。本文以WS为沟道材料,HfZrO(HZO)和AlO为栅介质,制备了WS为沟道HZO为栅介质的负电容场效应光电晶体管(NCFET),并对其光电性能开展了相关研究。实验方面,首先对制备的HZO铁电薄膜进行性能表征,证实了HZO薄膜具有铁电性。然后采用不同电极材料制备WSHZO NCFETs,器件的亚阈值斜率均突破60m V/dec的极限,同时发现采用Ag、Au、Pt作为源漏接触金属的晶体管呈现p型,采用Cr和Ti作为源漏接触金属的晶体管呈现n型,其中采用Ag和Cr、Ti电极的接触特性相对较好。对器件的光性能进行测试研究,结果表明采用铁电薄膜的样品比传统的高k栅介质的样品光响应性能好,响应度从35 A/W提升到361 A/W,探测率从6.87×10cm HzW提升到1.57×10cm HzW。对比不同金属电极接触的WS光电晶体管,接触特性好的器件光响应性能也比较好,采用Ag电极的器件的响应度最大,为361 A/W,Cr电极的响应度稍低,为278 A/W,Au电极由于接触特性最差,响应度只有148 A/W。理论方面,利用Sentaurus TCAD软件搭建了WS为沟道的负电容场效应晶体管模型,通过引入LGD模型加入负电容效应。通过仿真模拟,发现了电压放大效应,并通过引入肖特基势垒的影响,模拟仿真了沟道材料与金属电极之间不同势垒高度的NCFET电性能,仿真结果与实验基本一致。

关键词：负电容光电晶体管 WS2 HZO 亚阈值摆幅

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负电容压电分流的圆环超构材料隔振

哈尔滨工程大学学报 2022年第9期43卷 1320-1327页

作者：林丽芳陆泽琦丁虎陈立群上海大学力学与工程科学学院上海200444 上海大学上海市能源工程力学重点实验室上海200444 上海市应用数学和力学研究所上海200072

针对共振结构宽频振动控制不足,本文研究了力电耦合超构材料的振动隔离特性。以超构材料存在带隙特性为出发点,设计了一种周期性铺设有压电纤维片的圆环超构材料,外接负电容分流电路以实现振动衰减作用。建立了超材料圆环的动力学方程,... 详细信息

针对共振结构宽频振动控制不足,本文研究了力电耦合超构材料的振动隔离特性。以超构材料存在带隙特性为出发点,设计了一种周期性铺设有压电纤维片的圆环超构材料,外接负电容分流电路以实现振动衰减作用。建立了超材料圆环的动力学方程,并通过有限元仿真软件验证了其衰减特性。发现圆环超构材料出现局域共振带隙,负电容分流电路的加入不仅在一定程度上拓宽带隙,且其减振效果十分显著。

关键词：隔振超材料圆环结构负电容压电分流电路局域共振频响函数带隙

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负电容压电分流阻尼系统的能量耗散特性

振动与冲击 2008年第10期27卷 70-74页

作者：张文群张萌吴新跃海军工程大学船舶与动力学院武汉430033

在半主动压电分流阻尼技术中,采用不同结构负电容分支电路时,系统具有不同的阻尼特性。将负电容半主动分支网络分为串联电容/电阻支路、串联电容/电感/电阻支路、并联电容/电阻支路,获得了不同支路时系统的机械阻抗,比较分析了系统能量... 详细信息

在半主动压电分流阻尼技术中,采用不同结构负电容分支电路时,系统具有不同的阻尼特性。将负电容半主动分支网络分为串联电容/电阻支路、串联电容/电感/电阻支路、并联电容/电阻支路,获得了不同支路时系统的机械阻抗,比较分析了系统能量耗散因子及刚度比,发现串联电容/电感/电阻支路能获得更宽更高的中低频阻尼性能,而并联电容/电阻支路的高频阻尼性能较好。

关键词：压电负电容能量耗散因子机械阻抗

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超声速气流中壁板颤振分析及负电容分流控制

振动与冲击 2020年第22期39卷 23-27,49页

作者：陈圣兵吴东升王锋武龙中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

为了控制超声速气流中壁板的颤振,在壁板上颤振变形较大的位置粘贴压电片,并连接负电容分流电路。利用负电容分流电路改变壁板弯曲刚度,从而提高壁板的颤振临界速度;有限元计算结果表明,负电容分流电路可以提高壁板的模态频率和颤振临... 详细信息

为了控制超声速气流中壁板的颤振,在壁板上颤振变形较大的位置粘贴压电片,并连接负电容分流电路。利用负电容分流电路改变壁板弯曲刚度,从而提高壁板的颤振临界速度;有限元计算结果表明,负电容分流电路可以提高壁板的模态频率和颤振临界速度。随着负电容绝对值的增大并接近压电片固有电容,壁板颤振临界速度快速升高;非线性颤振计算结果也验证了负电容对壁板颤振控制的有效性。

关键词：气动弹性壁板颤振压电分流负电容

含负电容谐振分流电路的压电声子晶体梁的局域共振带隙与振动衰减

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振动与冲击 2016年第10期35卷 38-43页

作者：陈良杜红军王刚张浩空军第一航空学院航空机械工程系河南信阳464000 湖南大学机械与运载工程学院长沙410082 国防科技大学装备综合保障重点实验室长沙410073

通过在树脂梁上周期贴敷压电片,并连接由被动电阻-电感(RL)谐振分流电路和负电容(NC)电路串联而成的分流电路,构造了压电声子晶体梁结构。采用传递矩阵法计算了该类型压电声子晶体梁结构的带隙特性,并对电阻、电感和负电容对局域共振带... 详细信息

通过在树脂梁上周期贴敷压电片,并连接由被动电阻-电感(RL)谐振分流电路和负电容(NC)电路串联而成的分流电路,构造了压电声子晶体梁结构。采用传递矩阵法计算了该类型压电声子晶体梁结构的带隙特性,并对电阻、电感和负电容对局域共振带隙的影响进行了深入分析,发现分流电路中的LC电磁振荡回路可产生局域共振带隙,而串联的负电容电路则可增强压电片的机电耦合效率,从而增强带隙衰减范围和衰减幅值。采用振动实验方法对理论分析结果进行了验证,证实串联的负电容对局域共振带隙的增强作用,为局域共振声子晶体的设计提供了新的思路。

关键词：声子晶体压电分流负电容局域共振

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铁电负电容晶体管的研究进展

材料导报 2019年第3期33卷 433-437页

作者：谭欣翟亚红电子科技大学微电子与固体电子学院成都610054

铁电负电容晶体管的亚阈值斜率可低于60 mV/dec的理论极限,是未来突破晶体管工作电压VDD和器件尺寸进一步减小瓶颈的关键。自2008年低功耗负电容晶体管的概念被提出以来,该晶体管因简单的器件结构和优异的电路性能而一直受到业界学者的... 详细信息

铁电负电容晶体管的亚阈值斜率可低于60 mV/dec的理论极限,是未来突破晶体管工作电压VDD和器件尺寸进一步减小瓶颈的关键。自2008年低功耗负电容晶体管的概念被提出以来,该晶体管因简单的器件结构和优异的电路性能而一直受到业界学者的广泛关注。然而,这种基于具有负电容特性铁电材料的晶体管的缺点也日渐凸显,特别是负电容的不稳定性对该晶体管的应用造成严重阻碍。相比传统晶体管,负电容晶体管应用于低功耗电路具有两大优势:(1)亚阈值斜率可低于60 mV/dec,降低电路工作电压的同时开关电流比不会下降,静态泄露电流不增加;(2)器件尺寸更小,减小电路面积。然而,负电容晶体管由于铁电材料的滞回特性,在开关电路中具有严重的滞回现象,导致电路逻辑紊乱,无法正常工作。不仅如此,负电容成因的复杂性也使其建模非常困难。因此,近十年来除研究铁电材料种类和参数对器件性能的影响外,研究者们还整理出了决定滞回现象的关键因素,并提出了有效抑制滞回现象的方法。目前,通过调整铁电负电容和晶体管电容的比例,滞回窗口已经可以减小到近乎为零。而与实验图形较吻合的负电容数学模型直到2017年才出现,但模型中的数据还没有科学的测定方法,目前还处于发展完善阶段,仍需要大量的研究和探索。负电容晶体管制备过程简单,工艺和标准CMOS工艺兼容,基底MOSFET制作完成后,将具有负电容特性的铁电材料沉积在栅上形成叠栅。负电容晶体管制作的难点在于稳固铁电和氧化物界面、减少缺陷空位。目前,国内外已出现流片成功的负电容晶体管,成品测试的最小亚阈值斜率可达16 mV/dec,但滞回现象出现的概率非常大,并且在提高器件的疲劳性和稳定可靠性方面还需要投入更多的研究。使用频率较高的负电容材料有PbZrTiO3(PZT)、SrBi2Ta2O9(SBT)、P(VDF-TrFE)、铪基氧化物等,其中铪基氧化物因环保、体积小、性能优异被认为是可投入实际生产的铁电负电容材料。本文探讨了铁电负电容晶体管的工作原理,分析了负电容特性的物理机理和实验测试方法,给出国际上各研究机构在负电容晶体管(NCFET)方面的研究进展情况,最后分析了未来NCFET在器件结构、材料及可靠性方面的发展问题。

关键词：铁电负电容负电容晶体管(NCFET) 低功耗

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有机发光器件中空穴注入对负电容的影响

光电子．激光 2012年第4期23卷 659-662页

作者：曹进张勇王立容佳玲魏斌朱文清上海大学新型显示技术及应用集成教育部重点实验室上海200072 上海大学机电工程与自动化学院上海200072

对不同结构的有机发光器件(OLED)进行了电容-电压(C-V)特性测量,研究了不同空穴注入结构对OLED负电容的影响。结果表明,负电容的产生与OLED内部电场的分布有着密切的关系,负电容开始出现的频率与电压的平方根呈指数关系。与超薄的单层... 详细信息

对不同结构的有机发光器件(OLED)进行了电容-电压(C-V)特性测量,研究了不同空穴注入结构对OLED负电容的影响。结果表明,负电容的产生与OLED内部电场的分布有着密切的关系,负电容开始出现的频率与电压的平方根呈指数关系。与超薄的单层空穴注入层相比,掺杂的空穴注入层不仅能降低器件的驱动电压,而且其载流子传输特性和出现负电容时的初始电压对频率有着更强的依赖性。

关键词：有机发光器件(OLED) 电容-电压(C-V) 负电容